Основні прийоми фотометричних вимірів
Метод градуювального графіку.
Відповідно до закону Бугера - Ламберта - Бера графік в координатах А - з має бути лінійний і пряма повинна проходити через початок координат. Для побудови такого графіку досить однієї експериментальної точки. Проте градуювальний графік зазвичай будують не менше чим по трьох точках, що підвищує точність і надійність визначень. При відхиленнях від закону Бугера - Ламберта - Бера, т. е. при порушенні лінійної залежності A від c, число точок на графіці має бути збільшене. Застосування градуювальних графіків є найбільш поширеним і точним методом фотометричних вимірів. Основні обмеження методу пов'язані з труднощами приготування еталонних розчинів і обліком впливу так званих третіх компонентів, т.е компонентів, які знаходяться в пробі, самі не визначаються, але на результат впливають.
Метод молярного коефіцієнта поглинання.
При роботі по цьому методу визначають оптичну щільність декількох стандартних розчинів Aст, для кожного розчину розраховують _ і отримане значення ε усереднюють. Потім вимірюють оптичну щільність аналізованого розчину Ax і розраховують концентрацію cx по формулі:
Обмеженням методу є обов'язкове підпорядкування аналізованої системи закону Бугера - Ламберта - Бера, принаймні, в області досліджуваних концентрацій.
Метод добавок.
Цей метод застосовують при аналізі розчинів складного складу, оскільки він дозволяє автоматично врахувати вплив «третіх» компонентів. Суть його полягає в наступному. Спочатку визначають оптичну щільність Ax аналізованого розчину, що містить визначуваний компонент невідомої концентрації cx, а потім в аналізований розчин додають відому кількість визначуваного компонента (сст) і знову вимірюють оптичну щільність Ax+ct .
Оптична щільність Ax аналізованого розчину рівна:
(17)
А оптична щільність аналізованого розчину з добавкою стандартного :
(18)
Порівняння рівнянь (17) і (18) дає:
Звідси знаходимо концентрацію аналізованого розчину :
Концентрацію аналізованої речовини в методі добавок можна знайти також по графіку в координатах Ax+ст=f(cст). Рівняння (18) показує, що якщо відкладати Ax+ct як функцію сст, то вийде пряма, екстраполяція якої до перетину з віссю абсцис дасть відрізок, рівний, - cx .
Апаратура
У будь-якій фотометричній апаратурі розрізняються наступні основні вузли:
джерело світла;
монохроматизатор світла;
кювети;
вузол визначення інтенсивності світла.
Вузол джерела світла складається з власного джерела світла, стабілізатора напруги і в деяких випадках контрольних приладів - амперметра і вольтметра для контролю постійності сили струму і напруги. У деяких простих конструкціях колориметрів, наприклад, КІЛОК-52, фотометр ФМ та ін., стабілізатори і контрольні прилади відсутні. В якості джерел світла залежно від використовуваної області спектру застосовують різні прилади. Для отримання світла далекої ультрафіолетової області 220-230 нм використовують водневу лампу або лампу розжарювання для області близького ультрафіолету і видимої частини спектру 320 - 800 нм. У іноземних спектрофотометрах для цієї мети застосовують вольфрамові і дейтерієві розрядні лампи.
Для отримання світла видимої області спектру застосовують звичайні лампи розжарювання. Для отримання світла інфрачервоної області спектру застосовують глобар-стержень з карбіду кремнію або штифт Нернсту - стержень з суміші оксидів рідкоземельних елементів. Ці стержні при розжарюванні їх електричним струмом до 1200 - 20000С випускають інтенсивний потік інфрачервоних променів. При усіх фотометричних вимірах потрібний стійкий потік світлових променів. Це забезпечується в першу чергу стабільним режимом розжарювання. Тому кращі моделі фотометричних приладів обов'язково забезпечені стабілізатором напруги, що накладається на джерело променистого потоку. Контроль за роботою стабілізатора доцільно вести шляхом виміру сили струму, що проходить через освітлювач, або напруги, яка на нього подається. В деяких випадках, коли ці прилади відсутні у фабричних моделях, їх під'єднують додатково. Крім того, за стабільністю роботи освітлювача можна спостерігати і за допомогою вузла визначення інтенсивності світла.
Монохроматизація світла може бути здійснена при допомозі:
світлофільтрів
призм
дифракційних грат
Світлофільтрами називаються середовища, здатні пропускати лише певні області спектру. Зазвичай у фотоколориметрах використовуються як світлофільтри скла.
Знаючи максимум поглинання речовини, можна вибрати такий світлофільтр, який пропускав би тільки промені, що поглинаються розчином, і затримував би усі інші. Найчастіше вдається тільки приблизно виділити за допомогою світлофільтру потрібну область спектру.
У деяких конструкціях, наприклад в монохроматоре СФ-9, застосовується подвійна Монохроматизація. Спочатку світловий потік монохроматизируется за допомогою кварцевої призми, а потім тонша Монохроматизація досягається за допомогою дифракційних грат. У вузол монохроматизації входить також ряд лінз для посилення пучка світла, діафрагми для виділення вузького пучка монохроматичного світла, дзеркала і призми для зміни напряму світлового ручка і інші деталі, що не мають принципового значення. Сюди ж відносяться механізми для повороту призм і грат. У деяких конструкціях вони пов'язані з самописцями для запису фотострумів, завдяки чому в процесі виміру оптичної щільності отримують одночасно криву спектрофотометрії залежності оптичної щільності від довжини хвилі.
Вузол кювет найменш складний по пристрою. Кювети мають бути виготовлені з матеріалу, що добре пропускає промені світла, інтенсивність яких вимірюється. Для променів видимої області спектру - це скло, для ультрафіолетових променів - кварц. При роботі з інфрачервоними променями застосовують кювети із стінками з плавленого хлориду срібла, часто замість розчинів досліджуваних речовин застосовують пігулки з цих речовин з бромідом калію. Кювети бувають найрізноманітніших форм: прямокутні, циліндричні, у вигляді пробірок, кювети зі швидким видаленням досліджуваного розчину і інші.
Фотопомножувачі. Значне підвищення чутливості фотоелементів може бути досягнуте застосуванням фотопомножувачів. У цьому приладі пучок світла, потрапляючи через віконце на катод 1, вибиває з нього електрони, які під впливом накладеної напруги відкидаються на катод 2, вибиваючи з нього нові електрони; збільшене число електронів потрапляє на катод 3 і так далі. В результаті потік електронів у фотопомножувачі сильно зростає. Спектральна характеристика фотопомножувача залежить від природи катода, а чутливість досягає 6000 - 10000 мкА/лм.
У вузол оцінки інтенсивності світлового потоку входять також різного типу діафрагми для послаблення світлового потоку (оптична компенсація).
